Klorofil i karotenoidi su oboje pigmenti ili kromofori koji sudjeluju u fotosintezi. I klorofil i karotenoidi odgovorni su za prikupljanje svjetlosti, apsorpciju fotona i prijenos energije uzbude do fotosintetskog reakcijskog centra. Međutim, samo klorofil djeluje unutar reakcijskog centra za odvajanje naboja preko stanične membrane. Klorofil je taj koji pokreće niz reakcija prijenosa elektrona koje na kraju reduciraju ugljični dioksid (CO2) u ugljikohidrate.
S imenom koje na grčkom znači “zeleni list”, klorofil su prvi identificirali 1818. Pierre Joseph Pelletier i Joseph Bienaime Caventou. Klorofil je poznat po svom zelenom izgledu i po tome što je najzastupljeniji fotosintetski pigment na Zemlji. Od njegovog izvornog otkrića otkriveno je na desetke vrsta molekula klorofila. Molekularno, svi su ciklički tetrapiroli i obično sadrže središnji magnezijev ion. Kemijska struktura klorofila ima potencijal lako dobiti ili izgubiti elektrone, što mu omogućuje da apsorbira fotone i prenosi energiju pobuđivanja do i unutar fotosintetskog reakcijskog centra.
Klorofil i karotenoidi su pigmenti koji sakupljaju svjetlost, ali klorofil je najzastupljeniji i najkritičniji za fotosintezu. Različite vrste klorofila, djelujući u kombinaciji, mogu apsorbirati svjetlost u velikom dijelu fotosintetskog spektra, od 330-1,050 nanometara. Jedna iznimka je ono što se naziva “zeleni jaz”, oko 500 nanometara. Dodatni pigmenti potrebni su za popunjavanje ovog apsorpcionog jaza.
Drugo ograničenje klorofila proizlazi iz same karakteristike koja ih čini tako moćnim pigmentima u fotosintetskom sustavu: njihove sposobnosti da održavaju dugotrajna pobuđena stanja. Ta sposobnost, međutim, također dovodi do sklonosti stvaranju toksičnih reaktivnih kisikovih vrsta. Opet, pomoćni pigmenti, posebno karotenoidi, mogu pomoći u rješavanju ovog problema.
Karotenoidi su kromofori koji su obično crvene, narančaste ili žute boje. Najpoznatiji karotenoid vjerojatno je karoten, koji mrkvi daje narančastu boju. Karotenoidi imaju dvije glavne funkcije: prikupljanje svjetlosne energije za fotosintezu i zaštitu klorofila od oštećenja svjetlosti.
Za svoju primarnu funkciju, karotenoidi apsorbiraju svjetlosnu energiju iz fotona. Zajedno s biliproteinima, oni pomažu apsorbirati energiju u “zelenom jazu” blizu 500 nanometara. Oni nisu u stanju prenijeti ovu energiju izravno u fotosintetski put u reakcijskom centru. Umjesto toga, oni prenose energiju uzbude izravno na molekule klorofila, koje zatim prenose energiju u reakcijske centre i u fotosintetski put. Karotenoidi su stoga poznati kao pomoćni pigmenti, a klorofil i karotenoidi zajedno čine antenu za prikupljanje svjetlosti unutar stanica.
Možda je najvažnija funkcija karotenoida zaštita klorofila i okolnih stanica od oštećenja svjetlom. Klorofili često stvaraju otrovne reaktivne vrste kisika, koje uzrokuju različita stanična oštećenja, a posebno su skloni stvaranju takvih slobodnih radikala u uvjetima jakog osvjetljenja. Karotenoidi su u stanju apsorbirati višak svjetlosti, preusmjeravajući ga od klorofila. Za razliku od klorofila, karotenoidi mogu bezopasno pretvoriti višak energije uzbude u toplinu.